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第四章化工工艺计算

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化工工艺学-第四章-羰基化反应讲解

化工工艺学-第四章-羰基化反应讲解


起点
工业化
廉价烯烃原料， 及增塑剂用 醇的需求量 增加，促使 了羰基合成 的高速发展
高速发展
以丙烯为原料用氢甲酰化法生产(丁)辛醇，主要包括下列三个过程：
①在过渡金属羰基配合物催化剂存在下，丙烯氢甲酰化合成丁醛。
CH3CH=CH2 CO H2 CH3CH2CH2CHO
②丁醛在碱存在下缩合为辛烯醛
羰
基
CH CH+CO+H2O CH2=CHCOOH
在双键或叁键两端的 C原子上分别加上一个 氢和一个羧基，故又 称氢羧基化反应。
合 成
③不饱和烃在醇存在下的羰基化（与CO和醇反应）
反 应
RCH=CH2+CO+ROH RCH2CH2COOR
类 型
CH CH+CO+ROH CH2=CHCOOR
甲醇的羰化反应
聊城大学2013级化工工艺学讲义
•概念：羰基化即羰基合成，指有CO参与的在过渡金属络合物 （主要是羰基化合物）催化剂下，有机化合物分子中引入羰基。 这个反应被命名为羰基合成 (Carbonyl synthesis)，也叫Röelen 反应。 •重要意义：工业上羰基化往往是碳一化学工业部门开发下游产 品的一个重要手段。 •两大类：不饱和化合物的羰化反应和甲醇的羰化反应。
CH3OOC-COOCH3+2H2O HOOC-COOH+2CH3OH
CH3OOC-COOCH3+4H2 CH2OH CH2OH+2CH3OH
以过渡金属(M)为中心原子的羰基氢化合物，可以被 某种配体(L)所改性，一般形式为HxMy(CO)zLn
HMCO L HMCO L CO
m
m-1
羰
化工计算第四章物料衡算及课后习题及答案

化工计算第四章物料衡算及课后习题及答案


第一节 物料衡算式 4—1 化工过程得类型
间歇操作 操作方式 半连续操作
连续操作
间歇操作: 原料一次加入,然后操作,最后一次出 料。
半连续操作: 进料分批,出料连续;或进料连 续,出料分批或一次。
特点: 间歇操作中,无物料进出设备,且设备内各 部分得组成和条件随时间而变。 半连续操作中,设备内各点得参 数(组成、条 件)随时间而变。
N元素平衡
2×0、79A＝2N
烟道气总量
M+N+P+Q＝100
过剩氧量
0、21A×0、25／1、25
＝M 解上述6个方程得要求得结果。(过程略)
由上例可知计算基准选取恰当与否,对计算难 易影响。所以要重视计算基准选取。
基准选取中几点说明:
(1)上面几种基准具体选哪种(有时几种共 用)视具体条件而定,难以硬性规定。
4、 写出化学反应方程式
包括所有主副反应,且为配平后得,将各反应 得选择性、收率注明。
5、选择合适得计算基准,并在流程图上注明基准值 计算中要将基准交代清楚,过程中基准变换时,
要加以说明。 6、列出物料衡算式,然后求解
1)列物料衡算式
无化学反应体系,按:(4—1)、(4—3)(连续稳定过程) 式。
(二)取1mol 空气为计算基准 1mol 空气为计算基准中氧量为0、21mol
燃烧丙烷耗氧量 0、21／1、25＝0、168 mol 燃烧丙烷得量 0、168／5＝0、 0336mol
衡算结果列于下表:
输
入
输
出
组分 摩尔 克 组分 摩尔 克
C3H8 0、
44 CO2 0、101 132
0336
O2 0、21 200 H2O 0、135 72
第四章塔径泛点气速空塔气速填料高度压降等计算

第四章塔径泛点气速空塔气速填料高度压降等计算

第四章 填料精馏塔的工艺计算4.1 低压塔塔径、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第一章PROII 模拟出的说明书可以得到数据表4.1塔顶蒸汽量G 2 塔中蒸汽量G 14 塔中蒸汽量G 15 塔底蒸汽量G 27 4368Kg/HR 4383Kg/HR 4445Kg/HR 4886Kg/HR 塔顶液体量L 1 塔中液体量L 13 塔中液体量L 14 塔底液体量L 26 3140Kg/HR 3155Kg/HR 7784Kg/HR 8224Kg/HR 汽相密度ρG2 汽相密度ρG14汽相密度ρG15汽相密度ρG272.874369Kg/m 33.03973Kg/m 33.06215Kg/m 33.34082Kg/m 3液相密度ρL1 液想密度ρL13液相密度ρL14液相密度ρL26816.676Kg/m 3 796.028Kg/m 3793.248Kg/m 3777.496Kg/m 3汽相粘度μG2 汽相粘度μG14汽相粘度μG15汽相粘度μG278.9907E-06Pa ·s 9.1563E-06Pa ·s9.1528E-06Pa ·s9.0660E-06Pa ·s液相粘度μL1液想粘度μL13液相粘度μL14液相粘度μL263.1054E-04Pa ·s 2.6658E-04Pa ·s 2.6165E-04Pa ·s 2.2445E-04Pa ·s根据表4.1求平均值可得下表4.2表4.2低压塔精馏段 提馏段 液体量L Kg/HR 3147.5 8004 液相密度ρ Kg/m 3 806.352 785.372 液相粘度μ Pa ·s 2.8856 E-04 2.4305 E-04 蒸汽量G Kg/HR 4375.5 4665.5 汽相密度ρ Kg/m 3 2.9570453.2014854.1.1 塔经的计算L G GL FP ρρ=式中：L ——塔内液相流率，Kg/h ； G ——塔内气相流率，Kg/h ； ρG ——塔内气相密度，Kg/m 3； ρL ——塔内液体密度，Kg/m 3。

化工原理第四章 1-2

化工原理第四章 1-2


③床层比表面
aB
=
S V床
=
S(1 Vp
e
)
=
a(1 - e )
3．流体通过固定床的压降
几何边界复杂，无法解析解，要靠实验 数学模型法主要步骤：
3.1 简化模型（数模思想） 过程特征： ①爬流，表面剪切力为主，
形体力(压差力)为次 ②空隙中实际速度与空隙大小有关
简化原则： 模型与原型①表面积要相等
e3
e
)2
µu
=
K
a2 (1 -
e3
e
)2
µu
DP L
=
a2 (1 -
5 e3
e
)2
µu
适用范围：Re’<2
床层雷诺数
4e
u
宽范围：
a(1 - e ) e
Re'= deu1r = ru 4µ a(1 - e )µ
细管
hf
=
DP
r
= l Le
de
u12 2
DP L
=
l
Le L
ru12
2de
=
l
Le a(1 -
第四章 流体通过颗粒层的流动
（1）
化工定床—由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层
1.2 固定床阻力的影响因素
①流体物性：ρ,µ ②操作因素： u ③设备因素： 颗粒直径，
颗粒大小分布， 空隙大小
2 颗粒床层的特性
2.1 单颗粒的特性
球形颗粒，只需一个参数dp
颗粒特性:体积
L
u=0.9m/s时 DP = 2300Pa / m 。
L
求：CO以u=0.5m/s通过时的 DP 。
L
化工工艺学第四章4.1烃类裂解

化工工艺学第四章4.1烃类裂解


4.1.1 裂解反应和反应机理
• • • • • 一、烃类的裂解反应 烃类裂解的一次反应包括： 烷烃裂解的一次反应； 环烷烃裂解的一次反应； 芳烃裂解；
一、烃类的裂解反应
• 1、烷烃裂解一次反应 （1）脱氢反应： CnH2n+2CnH2n+H2 （2）断链反应：CnH2n+2CmH2m+Cn-mH2（n-m）+2 （3）不同烷烃脱氢和断链的难易，可以从分子结构 中键能数值的大小判断。 ①同碳原子数的烷烃，C-H键能大于C-C键能，故断 链比脱氢容易。 ②烷烃的相对热稳定性随碳链的增长而降低，碳链愈 长的烃分子愈容易断链。 ③烷烃的脱氢能力与烷烃分子结构有关，叔氢最易脱 去，仲氢次之，伯氢又次之。 ④有支链的烃容易裂解或脱氢。
三、烃类裂解反应机理及动力学
• 链引发 断裂C---C键产生一对自由基 活化能高 • 链增长 自由基夺氢 自由基分解，活化能不大
自由基分解反应是生成烯烃的反应
• 链终止 两个自由基形成稳定分子的过程 活化能一般较低
三、烃类裂解反应机理及动力学
• 乙烷裂解的自由基反应历程
1）链引发反应
CH 3 CH 3 2 CH 3
• 裂解动力学方程可以用来计算原料在不同 工艺条件下过程中转化率的变化情况，不 能确定产物组成
4.1.2 裂解原料与工艺条件讨论
• • • • • 一、裂解原料与特性参数 1、裂解原料 烃类裂解的目的主要是生产低级烯烃。 烃类裂解原料大致可分两大类： 第一类为气态烃，如天然气、油田伴 生气和炼厂气； • 第二类为液态烃，如轻油、柴油、原 油、重油等。
一、烃类的裂解反应
• 各族烃裂解生成乙烯、丙烯能力的规律 正构烷烃在各族烃中最利于乙烯、丙烯的生成。 大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯 环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。 无烷基的芳烃基本上不易裂解为烯烃，有烷基 的芳烃，主要是烷基发生断碳键和脱氢反应， 有结焦的倾向 正烷烃>异烷烃>环烷烃（六碳环>五碳环）> 芳烃
物料衡算与能量衡算

物料衡算与能量衡算

最后，由CO2和H2O平衡得： F5,CO2＝129mol/h；F5,H2O＝628-127＝501mol/h
➢ 2计算反应器1的反应速率;然后计算物流4的组成
由反应速率的定义式得：
r＝
＝
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 为F I物i,输 质 的出 F 转i,输 化率/入 ; i Fi,输入i / i
已知反应 i器1中CO的转化率为0 80，由此得反应器1的反
分多个衡算体系; 此时，必须选择恰当的衡算体系，
这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至无法
求解。
4 3.1 混合过程
例1 一种废酸;组成为23％质量％HNO3，57％ H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的 浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混 合酸，计算所需废酸及加入浓酸的质量;
边界线Boundary Line围起来的区域构成衡算范围;
2写出化学反应方程式;包括主反应和副反应; （计算分子量）
（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分， 明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量 生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。
（4）选择计算基准
5收集计算需要数据资料 （6）列出物料衡算方程式,进行物料衡算 列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相
应速率：
r＝
＝0.80.2×100 + 0.5×214 ＝
101.6Fm,输o入 l/h/
物流4中每一物流的流率
已知r后;物流4中每一物流的流率可以用物料衡算求得， 即：
N2平衡： F4,N2＝0 78×100＝78mol/h CO平衡： F4,co＝127 – r＝25.4mol/h H2O平衡： F4,H2O＝628 – r＝526.4mol/h CO2平衡： F4,CO2＝2 + r＝103.6mol/h H2平衡： F4,H2＝107 + r＝208.6mol/h
化工原理第四章两流体间传热过程的计算

化工原理第四章两流体间传热过程的计算

6/28/2020
【特点】平行而同向。
6/28/2020
并流
逆 流 【特点】方向相反且平行。
6/28/2020
折流换热器 【特点】既存在并流，又存在逆流。
6/28/2020
【特点】两种流体的流向垂直交叉。
6/28/2020
喷淋蛇管（错流）式换热器
7、并、逆流操作的平均温度差 在如下假定条件下（稳定传热过程）：
Δtm ——两流体的平均温度差，℃
6/28/2020
2、热量衡算式
【衡算前提】
（1）换热器绝热良好；
（2）热损失可忽略。
【衡算系统】热交换器；
【衡算基准】单位时间；
【衡算式】热流体放出的热量等于冷流体得到的热
量。即：
Q热＝Q冷
6/28/2020
二、Q值的确定——计算热负荷
1、什么是热负荷 【定义】达到工艺要求的控制参数所应交换的热量 ，即： ①热流体放出的热量； ②冷流体得到的热量。 【作用】由热负荷可以确定传热速率。
6/28/2020
T1
t2
T2
t1
（1）单侧变温
【特点】在热交 换过程中，一侧 温度保持不变， 另一侧温度发生 变化。
6/28/2020
（2）双侧变温 【特点】在热交 换过程中，两侧 温度均发生变化 。
6/28/2020
【特点】局部温度差Δt 沿传热面而变化。
在面积为dA两 侧，可视为恒
Δt＝T－t
R=20 15 10 6.0 4.0 3.0 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
1.0 0.9
0.8
ψ
0.7
0.6
0.5
化工工艺学-第四章-羰基化反应

化工工艺学-第四章-羰基化反应


4
铑代替钴作Cat， 3MPa，175℃， 甲醇选择性 高达99%， 实现了甲醇 羰基化合成 醋酸的工业化
丙烯低压法氢甲酰化合成正丁醛
反 温度：90-110℃ 应 条 压力：1.7-1.8MPa 件 催化剂：膦羰基铑配合物[HRh(Co)x(PPh3)y] 工 艺 流 程
循环气
UCC/Davy/JMC法低压碳基合成制丁醛流程图
1-丙烯净化器;2-合成气净化器;3-羰基合成反应器;4-雾沫分离器; 5-冷凝器;6-分离器;7-催化剂处理装置;8-汽提塔;9-异丁醛蒸馏塔;10-正丁醛蒸馏塔
聊城大学2013级化工工艺学讲义
•概念：羰基化即羰基合成，指有CO参与的在过渡金属络合物 （主要是羰基化合物）催化剂下，有机化合物分子中引入羰基。 这个反应被命名为羰基合成 (Carbonyl synthesis)，也叫Rö elen 反应。 •重要意义：工业上羰基化往往是碳一化学工业部门开发下游产 品的一个重要手段。 •两大类：不饱和化合物的羰化反应和甲醇的羰化反应。
HRh(CO)4
Rh4(CO)12
HRh(CO)(PPh3)3
三种氢甲酰化催化剂性能比较
催化剂 温度/℃ 压力/MPa 催化剂浓度/% 生成烷烃量 产物 正/异比
HCo(CO)4 140～180 20～30 0.1－1.0 低 醛/醇 3～4：1
HCo(CO)3P(n-C4H9)3 160～200 5～10 0.6 明显 醇/醛 8～ 9∶ 1
甲醇羰基化合成醋酸的历程
1
三氟化硼、 磷酸等作Cat。 反应条件苛刻， 50~70MPa 250~350℃ 而且腐蚀严重， 选择性也低
19世纪初
2
铁、钴、镍 等金属羰基 化合物和 卤素为Cat。 20-45MPa， 250-270℃ 1941年
4化工工艺学-第四章-纯碱和烧碱全解

4化工工艺学-第四章-纯碱和烧碱全解

NH3 (aq) H NH4 CO2 (aq) 2 NH3 (aq) NH4 NH2COO
水化反应如下： CO2 (aq) 2 H 2O H 2CO3 (aq)
CO2 (aq) OH HCO3
由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比OH－离子浓度大 很多，所以主要生成氨基甲酸铵。
④温度的影响
温度升高，氨盐水中的 NH3减小，饱和线P1C向右移 动(但NaHCO3在溶液中的溶解 度变化不大)；P1点向右上移 动，溶液的碳酸化度增加； 均可析出等多的NaHCO3结晶， 钠利用率增大，氨利用率降 低。 在生产条件下，一般为 了得到NaHCO3，NaCl浓度不 变，采取较高温度进行碳酸 化。碳酸化后降低温度可减 少其溶解度，相应提高钠利 用率。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
(1) 主要化学反应
根据上图，氨碱法以碳酸钙和氯化钠为原料，反应有： ① 焙烧CaCO3制得CO2：
CaCO3 ( s) 焙烧 CO2 ( g) CaO( s) 176.105kJ / mol
② NaHCO3沉淀的析出： NaCl NH3 CO2 H2O＝NaHCO 3 ( s ) NH4Cl ③ 生成的碳酸氢钠(NaHCO3)煅烧分解后可得纯碱：
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
碳酸化过程的氨盐比
从原料利用率相 图分析，氨盐比越大， 操作条件越接近P1点， 综合原料利用率越高。 当氨盐比为1:1且原 盐水饱和时，碳酸化 度与CO2平衡分压的 关系如右图。 CO2分压高，有利 于碳酸化反应。 温度低一点，溶 液饱和度大，有利于 结晶。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
③ 氨盐比的影响
氨盐比略大 于1时，相点落 在Z点附近，只 有少量碳酸氢铵 析出。钠利用率 高，氨利用率降 低，但后者可通 过循环弥补，所 以可取。氨量高， 虽可提高钠利用 率，但过高会影 响NaHCO3产量。 其关系如右表和 上右图。
生物化工工艺学--第4章--淀粉制糖工艺

生物化工工艺学--第4章--淀粉制糖工艺


端开始，底物分子越少，水解的机会就越小，直接影响到糖化的速度；


易老化，不利于后续糖化；
糖化液的过滤相对较差。
液化程度也不能太高：因为葡萄糖淀粉酶是先与底物分子生成络合结 构，而后发生水解催化作用。液化程度超过一定程度 不利于糖化酶生成络合结构； 影响催化效率； 使糖化液的最终DE值偏低。
在淀粉的液化过程中，需要根据酶的不同性质，控制反应条件，保证酶反 应能在活力最高、最稳定的条件下进行。 目前发酵工厂常用30-40%淀粉乳浓度、pH6.0-7.0，温度85-90℃。淀粉酶 制剂的加入量，随酶活力的高低而定，一般控制在5-8单元/克淀粉。
（3）液化程度控制
液化程度不能太低： 液化液的黏度就大，难于操作； 葡萄糖淀粉酶属于外切酶，水解只能由底物分子的非还 原末
随着淀粉乳浓度的提高，分解反应加剧，色素加深，例如：
pH=3.0时，HMF生成量最少，色素最浅。 3.0<pH或pH>3.0，色素逐渐加深。 分解反应随着温度的上升，时间的延长而增加，造成糖损失，色素增加。
1.2. 淀粉酸水解工艺流程
酸水解调节的选择
(1)淀粉质量：对淀粉质量要求较高。对于不同来源的淀粉，一般谷物淀
不上进一步糖化，因此，必须控制糊化淀粉的老化。老化
程度可以通过冷却时结成的凝胶体强度来表示。
3、液化的方法与选择
液化方法
基本条件 淀粉乳浓度30%，pH1.82.0，液化温度135℃， 10min，液化DE值15-18%
优点
缺点 有副反应生成有色物及 复合糖类，淀粉转化率 低，糖液质量差，糖化 液中含有微量醇和不容 糊精
酶酸法液化
工艺过程较为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ杂
化工计算 第四章物料衡算 第四节化学反应过程的物料衡算

化工计算 第四章物料衡算 第四节化学反应过程的物料衡算

高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第四节 化学反应过程的物料衡算
2．元素衡算法 元素衡算法是物料衡算的一种重要形式，是以反应过
程中参与反应的各种元素为对象列出平衡方程式而进行的 物料衡算。在化学反应过程中, 无论什么情况下，任何一 种元素都是平衡的。
当反应过程比较复杂，尤其是化学反应式无法写出时， 用直接计算法就无法解题了，这时用元素衡算法是比较合 适的，例石油裂解过程，过程中存在多种反应而又无法确 切知道各步反应所占的比例，这时可采用元素平衡的方法 进行物料衡算。在对这类过程进行物料衡算时，并不需要 考虑具体的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新组 合的概念表示为： 输入（某种元素）=输出（同种元素）
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第四节 化学反应过程的物料衡算
FH2O 53.6mol h1
FO2 4.62mol h1
燃烧气组成为：
CO2：
44.2 0.1490 14.9% 296.71
H2O：
53.6 296.71
0.1806
18.06%
O2 ： 4.62 0.0156 1.56%
第四节 化学反应过程的物料衡算
烟道气中O2量：0.0249100mol 2.49mol 烟道气中N2量：0.7222100mol 72.22mol 以为联系组分，根据式 F xt, f P xt,p，即空气中的与烟道气 中量相等，有输入的空气量：72.22mol 91.42mol
0.79
296.71
N2： 194.29 0.6548 65.48%
296.71
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第四节 化学反应过程的物料衡算
3．联系组分法 联系组分又称惰性组分，是指在整个生产中

化工原理第四章第四节


Q1 Q2
Q1——单位时间内热流体放出的热量，W或kW。
Q2——单位时间内冷流体吸收的热量，W或kW。
应用：计算换热器的传热量（热负荷）。
2020/5/1
B
5
1、冷、热流体在传热过程中均不发生相变化 （1）比热法
热流体单位时间内放出的热量为：
Q 1qm 1cp1 T1T2
qm1——热流体的质量流量，kg·s-1。
热流体放出的热量为： Q1 qm1r1
r1——饱和蒸汽的冷凝潜热，J·kg-1。
冷流体吸收的热量为：Q2 qm2r2
r2——饱和液体的汽化潜热，J·kg-1。
2020/5/1
B
9
（2）冷、热流体有一侧发生相变化，另一侧不 发生相变化。
若热流体发生相变化：
a、热流体仅发生相变化，不发生温度变化
Q q m 1 r 1 q m 2 c p 2t2 t1
他形式流动。
当换热器的传热量Q、总传热系数K相同的条
件下，采用逆流操作，所需A最小。
2020/5/1
B
40
2）逆流可以节省冷却介质或加热介质的用量。
以 物 料 被 加 热 为 例 ， qm 1qm c2 p c 1pT 21 t 2T 2t1
当给定加热任务，qm2、t2、t1确定，T1一般
已知，qm1仅由T2决定。
B
1
已知：T1、 T2、 cp1、 qm1
t1、 t2、 cp2
2020/5/1
求： qm2
B
2
第四节 总传热过程的分析计算
2020/5/1
B
3
总传热过程的计算
热量衡算
总传热速率方程
总传热系数
平均温度差
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第四章化工工艺计算
PPT文档演模板
2020/11/28
第四章化工工艺计算
一. 设计计算前的准备工作
1. 工艺性资料的收集
（1）物料衡算提纲。
生产步骤和化学反应（包括主、付反应） 各步骤所需的原料，中间体规格和物理化学性质 成品的规格和物化性质 每批加料量或单位时间进料量 各生产步骤的产率
（2）工艺流程图及说明。 （3）热量计算参数和设备计算数据（ΔH、Cp、K、λ、
• （7）循环气量：CG=(FT×5/X-FG×0.95)/YPH
•
X 转化率
CG 循环量
•2)设FT=100kmol/h, YPH=40%，求循环气量、补充气量和循环压缩机功率
•
FG=100(1-0.5×0.6 ×0.0231)/(0.95-0.4)
•
=180.6kmol/h
•
PG=FG+PD=180.6+100(1-0.9769)/2
•解（1）：联立代数方程法
•
已知：VC , DCE, HCl分子量分别为62.5, 99.0, 36.5
• • PPT文档演模板
设C2H4进入（A）的流量为x1, 进入（B）的流量为x2, HCl的循环量为x3 VC=12500/62.5=200k第m四o章l化/h工工艺计算
•则：
x3 = 0.995(0.98x1 + 0.95x2)
•（B)次氯化 •
C2H4 +2HCl + 0.5O2 → C2H4Cl2 +H2O DCE以乙烯为基准的收率为95%
•
以HCl为基准的收率为90%
•（C)热裂解 C2H4Cl2 → C2H3Cl (VCM) + HCl
•
VCM的收率为99%，HCl的收率为99.5%
• 设VC产量为12500kg/h，试求Cl2, C2H4流量及HCl的循环量。
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第四章化工工艺计算
二.物料衡算
2. 物料衡算的依据
设计任务书、 生产量、 工艺技术条件、 反应 转化率、 相平衡数据等。
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第四章化工工艺计算
二.物料衡算
n 3. 物料衡算式：
进料总量=出料总量+损耗量+积累量 对于一个连续稳定过程： 进料总量=出料总量+损耗量
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•例3 有甲苯脱烷基制苯过程，其反应式如下
•
主反应 C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4
•
副反应 2C6H6 → (C6H5)2 + H2 (联苯）
•反应器的进口压力为3450KPa，为提高选择性和减轻反应器结焦，氢与甲 苯进反应器的分子比为5︰1，当转化率为70%时，选择性为97.69%，进料 氢气的组成为95%H2，5%CH4。设循环气体压缩机的设备折旧费和操作费 用为0.4元/（kw.h)，氢气的价格为4000元/吨，不计循环中物料加热冷却所 需的费用，试确定排放气体的甲烷浓度。
201.034
•2
201.034 95.2298 113.8623
201.043
•3
201.043 95.234 113.858
201.043
•4
201.043
•由此可知，迭代4次即可收敛 。
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第四章化工工艺计算
•（4）物料的排放
• 物料的排放是为了防止循环过程中某些组分的积累。例如，合成氨 工艺和氢气循环使用的加氢工艺。
工艺操作规程
设备岗位操作法
设备维护检修规程及设备维修纪录卡
劳动保护及安全技术规程
车间化验室的分析研究资料
车间实测数据
工厂科室掌握的技改资料
供销科的产品目录和样本
财务科的产品原料单耗及成本分析资料
全厂职工劳动福利的生活资料
（5）可行性研究报告、各国文摘和专利、各类工艺书籍、 各类调查报告、各种化工过程与设备计算等书籍。
•步骤
•写出化学反应方程式 •列出化学计量系数矩阵 •求出矩阵的秩 •确定独立反应数和关键组分数 •对关键组分进行物料衡算
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第四章化工工艺计算
•例4 苯与乙烯在一绝热反应器中进行气相烷基化反应，发生的主要反应有：
•
C6H6(A) + C2H4(B) → C6H5C2H5(C)
•
C6H5C2H5(C) + C2H4 (B)→ C6H5(C2H5)2(D)
•
C2H4=x1+x2=209.1kmol/h
•
HCl循环量x3=0.995 ×(0.98×113.8+0.95 ×95.3)=201.1kmol/h
•解（2） 直接迭代法
•
设以HCl的循环量x3作为迭代变量
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第四章化工工艺计算
•迭代步骤为：
•
1）假设x3
•
2）用式
0.9x3/2=0.95x2
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第四章化工工艺计算
一. 设计计算前的准备工作
n 4.几本常用的化工设计资料和手册
n （1） Industrical Chemicals
n （2） Encyclopedia of Chemical Technology
n （3） Science and Technology
n （4） Chemical Abstracts （C.A）
(1)
•
0.90x3/2 = 0.95x2
(2)
•
0.99(0.98x1 + 0.95x2) = 200
(3)
•联立（1）（2）得 x2 = 0.995(0.98x1 + 0.95x2) ×0.9/1.9
•
x2 = 0.837x1
（4）
•联立 （3）（4） x1=113.8
•
x2=95.3
•因此：Cl2流量=x1=113.8kmol/h
第四章化工工艺计算
二. 物料衡算
n 4. 物料衡算的基本步骤：
n （1） 画出物料衡算示意图，注明物料衡算的有关数
n
据。
n （2） 列出反应方程式，识别反应类型。
n （3） 确定计算基准，选定工艺参数及计算所必要的
n
数据
n （4） 列出衡算式。
n （5） 展开计算。将计算结果列出物料衡1.8kmol/h
•
•
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CG=(5 ×100/0.7-180.6 ×0.95)/0.4 =1356kmol/h
第四章化工工艺计算
•设反应器入口至循环压缩机进口压降为450kpa，进口温度313k，压缩机出口 压力3500kpa，压缩过程的多变指数n=1.4，效率=0.72，压缩因子Z=1，则每 kmol循环压缩机的理论功耗：
0.5h
•聚合反应 5.0h
•出料
1.5h
•清理
0.5h
•设年操作时为8000小时，消耗定额为1.1t丙烯/聚丙烯，试决定所需反应器 的体积和管道的通过能力。
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第四章化工工艺计算
• 解：
• 每个反应釜的生产能力为5000t/a（年），每批操作周期为8h，故每个 反应釜每批的生产量为：
• （3）氢 • •
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0.95FG=PB/S-PB(1-S)/2S+YPH×PG
YPH 排放气中的氢含量mol%
PG 排放气量
FG
氢气进料量
第四章化工工艺计算
•（4）甲烷 0.05FG+PB/S=(1-YPH)PG • 将（3）+ （4）得 • （5）排放气量 PG=FG+PB(1-S)/2S=FG+PD • 以（5）代入（3）得 • （6）氢气进料量
•例2： 乙烯与氯气反应生产氯乙烯的过程如下图
•Cl2 •C2H4
•A氯化
•B次氯 化
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•热裂解 C
•HCl
•D分 离
•C2H3C l
•(V
C)
第四章化工工艺计算
•在各反应器中发生如下反应：
•(A)氯化反应 •
C2H4 +Cl2 → C2H4Cl2 (DCE：二氯乙烷） DCE收率98%
•
•
W=410.11kJ/kmol
•故循环压缩机理论功耗
•
W×CG=1356 ×410.11=5.56 ×106kJ/h
•
=154.5kw.h
•实际功耗
•
W ×CG/=154.5/0.72=214.5kw.h
•3)计算各种YPH下的氢气成本和操作费用
•YPH
0.05 0.1
0.2
0.4
•氢气成本 958.3 1015
•
= 3.67t/h
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第四章化工工艺计算
•（2）比率系数
•对于一个较复杂过程，开始进行物料衡算时通常不能确切知道每吨产品 的原料消耗，可以任意选择一个进料数值，例如100kmol/h，待系统计算 完成得到产品数值时，再将各股物料乘该比例系数。
•（3）物流的循环
• 对于转化率较低或有一种反应物过量的反应系统，需将未反应的原 料与产物分离后，返回到反应器入口，构成物料循环。如此，增加了物 料衡算的复杂程度。
1152 1445
•操作费用 771.6 318.9 106.2 85.8
PPT文档演•模总板 费用
1729.9 1396.9 1258.2 1530.8
0.6
0.8
2480
5800
46.8
6.5
2226.8 第四章化58工0工6.艺5计算
•（5 ）化学计量学
•反应物系中各组分的反应量必须服从一定的化学计量关系，这不仅是 进行反应器物料衡算的基础，而且对确定反应器的进料配比、工艺流 程的安排具有重要意义。